JP2018067699A - Gas permeable joined body of sealed type electrochemical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極素子および電解質が収容された密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体に関する。The present invention relates to a gas permeable joined body of a sealed electrochemical device containing an electrode element and an electrolyte.
密閉容器内に電極素子及び電解質が収容されたコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにあっては、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解質が分解されて、その密閉容器内で水素ガスや炭酸ガスなどのガスが発生し、そのガスが密閉容器内に蓄積されることにより急激に密閉容器内の圧力が上昇して、その圧力により密閉容器が膨張し、密閉容器が破裂することにより密閉型電気化学デバイスが損傷するので、発生したガスが密閉容器内に蓄積しすぎないようにその発生したガスを適宜、密閉容器外に排出する機能を備えた密閉型電気化学デバイスが望まれている。In a closed electrochemical device such as a capacitor or lithium battery in which an electrode element and electrolyte are housed in a sealed container, the battery may be repeatedly charged and discharged, left at high temperatures, short-circuited, overcharged, or reverse charged. When the electrolyte is decomposed, gas such as hydrogen gas or carbon dioxide gas is generated in the sealed container, and the pressure in the sealed container suddenly increases due to accumulation of the gas in the sealed container. As the sealed container expands and the sealed container bursts, the sealed electrochemical device is damaged, so that the generated gas is appropriately discharged out of the sealed container so that the generated gas does not accumulate in the sealed container. A sealed electrochemical device having a function is desired.
第1の成形体の貫通孔を開口した筒部の中空とし、この中空内に第2の成形体に相当するガス透過仕切り部を設けて、このガス透過仕切り部をガス透過路としたガス透過フィルターであって、ガス透過仕切り部よりもガス透過量が大きいガス透過表層シートをガス透過仕切り部と離間して設けることにより筒部の中空内でガス透過仕切り部の上下面の少なくとも一方の面に空間部を形成して、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過フィルターが、特許文献1にて、提案されている。The cylindrical part which opened the through-hole of the 1st molded object is made hollow, the gas permeation | separation partition part equivalent to a 2nd molded object is provided in this hollow, and the gas permeation | transmission which made this gas permeable partition part the gas permeation | transmission path At least one surface of the upper and lower surfaces of the gas permeable partition portion in the hollow of the cylindrical portion by providing a gas permeable surface layer sheet, which is a filter and has a gas permeable amount larger than that of the gas permeable partition portion, separated from the gas permeable partition
しかし、特許文献1のガス透過フィルターにおいては、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過フィルターとして機能するガス透過仕切り部を中空筒部内に形成する必要がある。However, in the gas permeable filter of
また、電解液の液口には充電時に発生した電池内部のガスを排出する排気孔を有した液口栓が装着され、この液口栓の排気孔を耐酸性樹脂シートで覆われるとともに、液口栓上部及びガスの排出経路は粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分で形成する鉛蓄電池が、特許文献2にて、提案されている。In addition, a liquid port plug having an exhaust hole for discharging the gas inside the battery generated during charging is attached to the electrolyte port, and the exhaust port of the liquid port plug is covered with an acid-resistant resin sheet.
しかし、特許文献2の鉛蓄電池においては、液口栓が第1の成形体の貫通孔を閉塞する第2の成形体に相当しても、液口栓自体に流路を形成しておらず、流路の形成には液口栓以外に液口栓を覆う耐酸性樹脂シートが必要である。However, in the lead-acid battery of
また、特許文献3には、正極シート及び負極シートの間にセパレータと電解質を介在させた状態で外装シートや外装フィルムにて封止した構造を有するシート状リチウム電池において、外装フィルムの熱融着による封止部分の一部に未融着部分を形成することにより幅狭な安全弁部を形成するシート状リチウム電池が提案されている。
しかし、特許文献3のシート状リチウム電池においては、この未着部分は過充電や高温等で電池内の圧力が上がって外装フィルムが膨張したときに、外装フィルムを破断させて、電池内部のガスを外部に導出(排出)するように形成されており、前記ガスを所定量外部に排出するガス透過路の構造ではない。However, in the sheet-like lithium battery of
本発明は、上記の問題点を解消するために、電極素子および電解質が収容された密閉容器内に発生するガスを所定量透過させて、密閉容器外に排出させる密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体を提供することを目的とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention allows gas generated in a sealed electrochemical device that allows a predetermined amount of gas generated in a sealed container containing an electrode element and an electrolyte to pass through and is discharged out of the sealed container. An object is to provide a joined body.
本発明の請求項1に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、第1の成形体と第2の成形体との少なくとも一方に接合層を形成し、前記接合層を介して第1の成形体と第2の成形体とを接合することにより、密閉容器の構成部材を形成するとともに前記接合層の一部を前記密閉容器内と連通させるように所定量除去して第1の成形体と第2の成形体とを接合してその接合面に微小な間隙部を形成して前記微小な間隙部が密閉容器内に発生するガスを密閉容器外に排出させるガス透過路となるようにしたことを特徴とする。同請求項2に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、請求項1において、前記微小な間隙部は、0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sのガス透過路であることを特徴とする。同請求項3に記載の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、請求項1または2において、前記第1の成形体は貫通孔を有し、第1の成形体と第2の成形体とを前記接合層を介して接合することにより前記貫通孔を閉塞させて、第1の成形体と第2の成形体とで密閉容器の構成部材である封口体を形成して、前記接合層の一部を前記貫通孔と連通させるように所定量除去して第1の成形体と第2の成形体とを接合することにより、前記第1の成形体と第2の成形体との接合面に微小な間隙部を形成したことを特徴とする。The gas permeable bonded body for a sealed electrochemical device according to
本発明の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体は、第1の成形体と第2の成形体との少なくとも一方に接合層を形成し、前記接合層を介して第1の成形体と第2の成形体とを接合することにより、密閉容器の構成部材を形成するとともに前記接合層の一部を前記密閉容器内と連通させるように所定量除去して第1の成形体と第2の成形体とを接合してその接合面に例えば、0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sとなる微小な間隙部を形成することにより、ガスを透過させるが水蒸気などの水分を透過させないようにしたガス透過路を構成し、接合体の一部を所定量除去するという簡単な構造で、密閉容器内に発生するガスを密閉容器外に排出させるガス透過路が得られる。The gas-permeable bonded body of the hermetic electrochemical device of the present invention has a bonding layer formed on at least one of the first molded body and the second molded body, and the first molded body and the first molded body are interposed through the bonding layer. By joining the two molded bodies, a constituent member of the sealed container is formed, and a predetermined amount is removed so that a part of the bonding layer communicates with the inside of the sealed container, and the first molded body and the second molded body are removed. The molded body is joined and the helium leak rate becomes 1.0 × 10 −2 to 1.0 × 10 −5 Pa · m 3 / s at a pressure of 0.1 MPa (G), for example. By forming a minute gap, it forms a gas permeation path that allows gas to permeate but does not allow moisture such as water vapor to permeate, and a simple structure that removes a predetermined amount of the joined body. A gas permeation path that exhausts the gas generated inside to the outside of the sealed container is obtained. It is.
(実施形態1)
図1〜図4を参照して、円形状の貫通孔を有する平板状の第1の成形体と前記貫通孔に柱状の第2の成形体を組み込んだ密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体の構成を説明する。(Embodiment 1)
1 to 4, a gas-permeable joined body of a sealed electrochemical device in which a flat plate-shaped first molded body having a circular through hole and a columnar second molded body are incorporated in the through-hole. The structure of will be described.
図1において、ガス透過接合体1は、貫通孔4を有する平板状の第1の成形体2と貫通孔4に形成された柱状の第2の成形体3とからなり、密閉容器の一部を構成している。この密閉容器を構成するために、第1の成形体2に形成された貫通孔4は第2の成形体3で閉栓されている。第1の成形体2の素材はポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリプロピン(PP)樹脂などの合成樹脂材やアルミニウム(含む合金)などの金属材が例示できる。また、第2の成形体3は柱状に形成されており、図3に示すように第1の成形体2の貫通孔4に嵌挿して閉栓させている。第2の成形体3の素材は第1の成形体2と同様な素材でできており、その外周面には接合層5が形成されており、この接合層5としては、メルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤からなる接着剤の薄膜層やエポキシ樹脂材のよう樹脂結合層が例示できる。第1の成形体2の貫通孔4の内周面に密着接合されるように接合層5が形成されている。このように第2の成形体3を第1の成形体2の貫通孔4に嵌挿すると、この接合層5を介して第2の成形体3が第1の成形体2の貫通孔4に密着接合されて、第1の成形体2の貫通孔4は閉栓された液口栓6となり、密閉容器の密閉性を維持している。In FIG. 1, a gas permeable joined
密閉容器は後述するような電解液を有するキャパシタやリチウムなどの密閉型電気化学デバイスの密閉容器であり、この種の密閉容器においては、内部(図1では下面)に発生したガスを図1に示す微小な間隙部5Aから矢印方向の容器外に排出させる必要があり、このガス透過接合体1には、第1の成形体2と第2の成形体3とを密着接合させる接合層5にガスを密閉容器外に排出させるガス透過路を備えている。このガス透過路は接合層5の一部を密閉容器内と連通させるように所定量除去させて所定の微小な間隙部5Aを形成することにより、ガスを透過させるが、水蒸気などの水分を透過させないようにしたガス透過路を構成している。図4はこのガス透過路を形成する方法の一例を示す。The hermetically sealed container is a sealed container of a sealed electrochemical device such as a capacitor having an electrolyte solution or lithium as described later. In this kind of hermetically sealed container, the gas generated inside (the lower surface in FIG. 1) is shown in FIG. It is necessary to discharge from the minute gap portion 5A shown to the outside of the container in the direction of the arrow, and the gas permeable bonded
図4は、実施形態1および実施形態2〜4に適用される第1の成形体2、21と第2の成形体3、30、31、300との接合面に形成される微小な間隙部5Aの形成方法を示すFIG. 4 shows a minute gap formed on the joint surface between the first molded
図4において、第1の成形体2、21と第2の成形体3、30、31、300との接合面の一方である第2の成形体3、30、31、300の表面にメルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤からなる接着剤の薄膜層からなる接合層5を形成し、この接合層5の一部にレーザLを照射してその接合層5の一部を所定量除去して第1の成形体2、21と第2の成形体3、30、31、300とを接合してその接合面に微小な間隙部5Aが形成されたガス透過路が得られ、接合層5を所定量除去する除去量は、0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sとなる微小な間隙部5Aを形成するように設定することにより、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過路が形成できた。この場合、この微小な間隙部5Aがガス透過接合体1の両端面方向に連通させるように第2の成形体3、30、31、300の表面に形成されているが、第1の成形体2、21の表面に接合層5を形成させてガス透過接合体1の両端面方向に連通させるようにしてもよい。このように、微小な間隙部5Aがガス透過接合体1の両端面方向に連通されているので、密閉容器を構成するガス透過接合体1がその両端が密閉容器の内外となり、密閉容器内に発生したガスを密閉容器外に排出するガス透過路として機能する。この場合、接合層5としてエポキシ樹脂材のよう樹脂結合層を用い、図示しないが、樹脂結合層を形成する際にマスキング治具で樹脂結合層の一部を所定量除去する方法が例示できる。In FIG. 4, a mercapto group is formed on the surface of the second molded
(実施形態2)(Embodiment 2)
図5〜図7を参照して、防爆弁または安全弁を例とする平板状の第2の成形体を実施形態1と同様な第1の成形体に組み込んだガス透過接合体の構成を説明する。With reference to FIGS. 5-7, the structure of the gas permeable joined body which incorporated the flat 2nd molded object which made an explosion-proof valve or a safety valve an example in the 1st molded object similar to
図7において、第2の成形体30は、平板状でアルミニウムや合成樹脂材などのフィルムで表面に環状の接合層5が形成されている。第2の成形体30の形状は円板を例示するが矩形状の板でもよい。この接合層5は実施形態1と同様な素材でできており、この接合層5の一部を所定量除去して微小な間隙部5Aが形成されている。この接合層5を所定量除去する除去量は、実施形態1と同様に、0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sとなる微小な間隙部5Aを形成するように設定すればよい。この第2の成形体30を図5および図6に示すように貫通孔4を有する第1の成形体2の表面(図5においては上面)に貫通孔4を覆うように接合層5を介して加熱・加圧して接合されている。この微小な間隙部5Aは第1の成形体2と第2の成形体30とを接合してその接合面において貫通孔4と連通しており、発生したガスが貫通孔4から微小な間隙部5Aを矢印方向に排出されるガス透過路となる。このとき、微小な間隙部5Aからガスが排出される能力を超えて多量のガスが発生し、ガス圧が高くなると、第2の成形体30は、第1の成形体2の貫通孔4を開放するように第2の成形体30が破断する防爆弁(または安全弁)7となる。In FIG. 7, the 2nd molded
(実施形態3)(Embodiment 3)
図8および図9を参照して、電極端端子を例とする柱状と平板状とを組み合わせた形状の第2の成形体を組み込んだガス透過接合体の構成を説明する。With reference to FIG. 8 and FIG. 9, the structure of the gas permeable joined body incorporating the 2nd molded object of the shape which combined the column shape and flat plate shape which made an electrode end terminal an example is demonstrated.
図8および図9において、第1の成形体2は貫通孔4を有する密閉容器の一部を構成し、アルミニウム(含む合金)などの金属材でできており、その貫通孔4にはポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリプロピン(PP)樹脂などの合成樹脂材でできた中空筒のガスケット2Aが一体に成形されている。このガスケット2Aの中空内に端面が平板状でその中央部から他端(図8においては下端)方向に柱状部を有する電極端子8となる第2の成形体300が配置される。この第2の成形体300は電極端子8となるように銅(含む合金)やアルミニウム(含む合金)等の金属材でできている。第2の成形体300の表面(第1の成形体2と接合する表面およびガスケット2Aと接合する表面)にメルカプト基、チオカルボニル基、シアノ基、イソシアナート基、アミノ基、アンモニウム基、ピリジニウム基、アジニル基、カルボキシル基、ベンゾトリアゾール基、トリアジンチオール基等の何れかまたはこれらを組み合わせた化学的処理剤からなる接着剤の薄膜層dからなる接合層5が形成されている。第2の成形体300をガスケット2Aの中空内に圧着させて第2の成形体300は接合層5を介してガスケット2Aに固着されるように配置させることにより、ガスケット2Aは第1の成形体2と第2の成形体300とを電気的に絶縁されるように構成されている。また、第2の成形体300と第1の成形体2と接合する表面および第2の成形体300とガスケット2Aと接合する表面における接合層5の一部を所定量除去した微小な間隙部5Aが形成されている。この接合層5を所定量除去する除去量は、実施形態1と同様に、0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sとなる微小な間隙部5Aを形成するように設定すればよい。この微小な間隙部5Aは、第1の成形体2に一体成形されたガスケット2Aと第2の成形体300とを接合させた接合面において密閉容器内と連通しており、密閉容器内で発生したガスが微小な間隙部5Aを矢印方向に排出されるガス透過路となる。8 and 9, the first molded
(密閉型電気化学デバイス)(Sealed electrochemical device)
図10は、実施形態1〜3の密閉型電気化学デバイスのガス透過接合体を用いた密閉型電気化学デバイスを示す。FIG. 10 shows a sealed electrochemical device using the gas permeable joined body of the sealed electrochemical device of the first to third embodiments.
図10において、平板状の第1の成形体2は液口栓6や防爆弁(または安全弁)7を備え、一対の電極端子8、8を並設した蓋体である封口板となり、開口端のある円筒状または直方体状の箱型ケース10を閉蓋して密閉容器となった密閉型電気化学デバイスを示し、この密閉型電気化学デバイスは電解液9を有するコンデンサやリチウム電池などで、この密閉容器の内部には電極端子8の接続部81、この接続部81と電気的に接続されるリード91、このリード91と電機接続される電極素子部90および電解液9が密閉されて収容されている。このように、電極素子部90および電解液9を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスにあっては、電解液9が外に漏れ出ないように密閉されているので、充放電サイクルを繰り返したり、高温で放置したり、短絡・過充電・逆充電などにより電解液8が分解されて、酸素や二酸化炭素などのガスが発生し、そのガスが蓄積されることにより急激に内圧が上昇して、密閉容器本体となる封口板(第1の成形体2)や箱型ケース10が膨れたり、破裂したりするおそれがあるので、発生したガスをガス透過接合体1の微小な間隙部5Aから適宜、密閉容器外に排出される。さらに、微小な間隙部5Aからガスが排出される能力を超えて多量のガスが発生し、ガス圧が高くなると、防爆弁(または安全弁)7を作動させて密閉容器内を開放してガスを排出させて密閉容器の破裂を防止している。
(実施形態4)In FIG. 10, the flat plate-shaped first molded
(Embodiment 4)
図11〜図13は、ガスが透過する貫通孔を有さない第1の成形体用いて密閉容器とする密閉型電気化学デバイスに適用させたガス透過接合体を示す。FIG. 11 to FIG. 13 show a gas permeable joined body applied to a sealed electrochemical device that uses a first molded body that does not have a through-hole through which gas passes to form a sealed container.
図11〜図13において、第1の成形体21と第2の成形体31とはポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリプロピン(PP)樹脂などの合成樹脂材のフィルムとアルミニウム(含む合金)などの金属材のフィルムとを積層した多層フィルムでできており、何れも最外層は合成樹脂材のフィルムで構成している。第1の成形体21は矩形状の平板でその表面には環状の接合層5が形成されている(図12参照)。第2の成形体31は端縁に環状の鍔部31Aを有する袋状の開口した容器が形成されており、この第1の成形体21の環状の接合層5が第2の成形体31の鍔部31Aに配置するようにして第1の成形体21と第2の成形体31とを後述の電極端子8とともに接合することにより密閉容器が形成されている。この密閉容器内には電解質と結合された電極素子部92が収容されており、この電極素子部92は接続部81を介して正極と負極の一対の電極端子8、8と電気的に接続されて密閉されている。一対の電極端子8、8は接合層5を介して第1の成形体21と第2の成形体31の鍔部31Aとを加熱・加圧することにより密着接合されている。この一対の電極端子8、8の間において、接合層5の一部が密閉容器内と連通するように所定量除去されて微小な間隙部5Aが形成されている。この接合層5の一部を所定量除去する除去量は、実施形態1と同様に、0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sとなる微小な間隙部5Aを形成するように設定すればよい。このようにして形成された微小な間隙部5Aは、発生したガスが第1の成形体21と第2の成形体31の鍔部31Aとの接合面において、密閉容器内から矢印方向に排出されるガス透過路となる。11 to 13, the first molded
以上の通り、ガス透過接合体1、11は、第1の成形体2、21と第2の接合体3、30、31、300とを接合層5を介して接合することにより密閉容器の一部を構成し、密閉容器の一部を構成するに際して、接合層5の一部を密閉容器内と連通させるように所定量除去して接合して、密閉容器内と連通したその微小な間隙部5Aからなるガス透過路を形成しており、好ましくは、接合層5の一部にレーザLを照射してその接合層5の一部を所定量除去して第1の成形体2、21と第2の成形体3、30、31、300との接合面に0.1MPa(G)の圧力で、ヘリウムリーク速度が1.0×10−2〜1.0×10−5Pa・m3/sとなる微小な間隙部5Aを形成することにより、水分を透過させにくくガス透過性のよいガス透過路とする大きさに設定すればよい。また、微小な間隙部5Aは接合層5に複数箇所に形成して密閉容器内と連通させてもよい。As described above, the gas permeable bonded
本発明は電解液や固体電解質を有するコンデンサやリチウム電池などの密閉型電気化学デバイスとして有用である。The present invention is useful as a sealed electrochemical device such as a capacitor or a lithium battery having an electrolytic solution or a solid electrolyte.
1、11 ガス透過接合体
2、21 第1の成形体
3、30、31、300 第2の成形体
5 接合層
5A 微小な間隙部DESCRIPTION OF
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